低温容器内压力变化规律的研究

摘要

在20世纪的后半世纪，低温技术得到了迅速的发展。随着低温技术的普及，液氮、液氧、液氩、液氢、液氦、液化天然气等低温液体的应用日趋广泛，各行各业对储存和输送低温液体的需求不断增长。由于低温液体的沸点低，汽化潜热小，制取成本高，对低温液体进行安全有效的储运，具有重要的经济价值。因此研究低温液体的无排放储运具有重要的实用价值。本文选用15L的高真空多层绝热低温容器，并以液氮为工质进行了低温容器内压力变化的研究。 首先对液氮的热力学性质和迁移性质进行了分析研究，选取适当的公式对氮的饱和蒸汽压、密度、比热、比焓等进行计算。这将对热力学计算结果的准确性起到关键作用。 对高真空多层绝热低温容器的传热理论进行了分析，并给出了容器各部分漏热量的计算公式。在对前人建立的低温液体热力学模型进行比较分析后，选取分层三区模型研究了低温容器内的压力变化，并编制了计算压力变化规律的程序。计算结果表明环境温度及容器绝热层的有效传热系数是影响容器内压力变化的重要因素。在一定充装率下容器内压力随时间逐渐上升，且在后期压力上升速度变快。容器绝热层的漏热量越大，容器内压力升高得越快。 本文在不同初始充满率的条件下对实验容器进行了多次升压实验。实验结果表明低温液体的初始充满率也是影响压力变化的重要因素之一。将实验结果与模拟结果进行了比较，发现计算结果与实验结果能够较好的吻合，表明可以通过编程计算对本实验压力升高过程中的热力状态变化进行比较准确的预测。

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论文说明：图表目录

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第1章引言

1.1研究的背景及意义

1.1.1低温液体储运市场的发展概况

1.1.2低温液体储运的经济性和安全性需求

1.2低温容器的研究发展

1.2.1低温容器的分类与发展

1.2.2低温容器绝热技术的发展

1.2.3影响低温容器内压力的因素

1.3国内外研究与发展现状

1.3.1国外学者的研究

1.3.2国内学者的研究

1.4本文研究的主要内容

第2章氮的热力学性质与参数

2.1氮的基本物性参数

2.2热力学性质计算

2.2.1饱和蒸气压

2.2.2密度

2.2.3汽化潜热

2.2.4比焓

2.2.5比热

2.3迁移性质计算

2.3.1粘度

2.3.2导热系数

2.4本章小结

第3章压力变化规律的理论研究

3.1低温容器的传热研究

3.1.1简体的传热

3.1.2颈管的传热

3.1.3支撑与管道的传热

3.2低温容器静态储存的热力学模型

3.2.1均匀模型

3.2.2表面蒸发模型

3.2.3俄罗斯模型

3.2.3分层三区计算模型

3.3理论计算与分析

3.3.1理论模型数值化

3.3.2数值模拟及分析

3.4本章小结

第4章实验研究及实验结果与计算结果的分析

4.1实验设备的基本参数

4.2实验方案的设计

4.2.1实验器材

4.2.2实验步骤

4.3实验测试过程

4.4试验结果的分析

4.4.1容器壁面温度的变化

4.4.2初始充满率对压力变化的影响

4.5实验结果与模拟结果的比较

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢

附录